WO2012090417A1 - 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器 - Google Patents

固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器 Download PDF

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WO2012090417A1
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light
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resist film
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智広 小西
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/813—Electronic components shared by multiple pixels, e.g. one amplifier shared by two pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8067—Reflectors

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor in which a plurality of light-receiving units that photoelectrically convert image light from a subject and image it, a manufacturing method thereof, and a solid-state imaging device.
  • Electronic cameras such as digital video cameras and digital still cameras used as image input devices, such as digital video cameras and digital still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, camera-equipped mobile phone devices, etc. It relates to information equipment.
  • Patent Documents 1 to 5 propose image sensors.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a conventional CCD image sensor disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.
  • a plurality of light receiving units 102 that photoelectrically convert image light from a subject on a semiconductor substrate 101 are arranged in a two-dimensional manner by approaching each other in units of two pixels.
  • the charge transfer unit 103 is provided adjacent to the light receiving unit 102.
  • a gate electrode 104 is provided on the charge transfer portion 103, and a light shielding film 106 is provided thereon via an insulating film 105.
  • a transparent interlayer insulating film 107 is provided so as to fill a step between the upper surface of the light receiving portion 102 and the light shielding film 106.
  • a planarizing film 108 is provided on the interlayer insulating film 107, a color filter 109 is provided in a predetermined color arrangement on the planarizing film 108, and a planarizing film 110 is provided on the color filter 109.
  • a convex transparent portion 111 is provided so as to cover these two pixels that are close to each other, and two microlenses 112 are provided on the planarizing film 110 so as to correspond to the light receiving portions 102, respectively. Yes. Due to the inclination of the convex transparent portion 111, the direction of the incident light is bent toward each light receiving portion 102 in units of two pixels, and is easily incident on each light receiving portion 102.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a conventional CMOS image sensor disclosed in Patent Document 2. As shown in FIG.
  • a conventional CMOS image sensor 200 includes a light receiving unit 201 that receives light and converts it into electric charges, a microlens 202 that collects incident light on the light receiving unit 201, and a light receiving unit 201.
  • An interlayer insulating film 203 and a protective film 204 disposed between the microlens 202 are provided, and the interlayer insulating 203 and the protective film 204 are made of light transmitting materials having different refractive indexes.
  • the interface between the interlayer insulating film 203 and the protective film 204 is formed so as to have an inclination corresponding to the amount of deviation of the planar position between the light receiving unit 201 and the microlens 202.
  • Reference numeral 205 denotes a color filter
  • 206 denotes a metal wiring.
  • the microlenses are formed so as to adhere to each other in a cycle of two pixels and one end portion overlaps each other.
  • Light receiving efficiency at the light receiving unit 102 is higher than that of the lens 112, and light receiving sensitivity is good.
  • the interface between the interlayer insulating film 203 and the protective film 204 is in accordance with the amount of displacement of the planar position between each light receiving unit 201 and the microlens 202 sharing two pixels.
  • it is formed so as to have an inclination, since the condensing direction from the microlens 202 is adjusted with an inclined surface even for oblique light, each central part of the light receiving parts 201 that are close to each other and share two pixels. Therefore, it is difficult to adjust the inclined surface so as to bend the condensed light stably and accurately.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and in a solid-state imaging device having a plurality of pixel-sharing light-receiving portions close to each other, the solid-state imaging device capable of further improving the light receiving sensitivity and shading, and a method for manufacturing the same
  • An object of the present invention is to provide an electronic information device such as a mobile phone device with a camera using a solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit.
  • a plurality of light receiving units that photoelectrically convert incident light to generate signal charges are arranged two-dimensionally, and a plurality of light collecting units that collect the incident light on each of the plurality of light receiving units.
  • a light pipe constituting an optical waveguide is formed in an interlayer insulating film between the microlens and the light receiving portion, and the light pipe
  • the lower end surface opens so as to include the central portion of the light receiving portion in a plan view above the light receiving portion, and the upper end surface includes the central portion of the micro lens in a plan view below the micro lens.
  • the upper and lower end face regions are different from each other in plan view, thereby achieving the above object.
  • the planar view position of the light-receiving unit in the solid-state image pickup device is periodically different, according to the position of the light-receiving unit periodically shifted in units of the plurality of pixels.
  • the plan view position of the lower end surface of the light pipe is positioned.
  • the plurality of microlenses in the solid-state imaging device of the present invention and the upper end surfaces of the respective light pipes corresponding to the plurality of microlenses are all formed at equal intervals.
  • the material of the light pipe in the solid-state imaging device of the present invention is a high refractive index film such as a SiN film or a SiON film, and the interlayer insulating film is a SiO 2 film.
  • the vertical cross-sectional shape of the light pipe in the solid-state imaging device of the present invention is a parallelogram shape or an inverted right trapezoid shape.
  • At least one of the upper end surface and the lower end surface of the light pipe in the solid-state imaging device of the present invention is a circle, an ellipse, or a quadrangle including a square or a rectangle in plan view.
  • the upper and lower end surface regions in the solid-state imaging device of the present invention are included in each other in a plan view, or the regions are shifted from each other in a plan view.
  • an in-layer lens for further condensing light from the microlens is provided on or above the light pipe.
  • the light receiving unit is provided as a photoelectric conversion unit for each pixel, and the signal charge from the light receiving unit is transferred in a predetermined direction adjacent to the light receiving unit.
  • a charge transfer unit, and a gate electrode for controlling the charge transfer of the read signal charges, and a light shielding film disposed thereon, and the light shielding film is opened above the light receiving unit.
  • a CCD solid-state imaging device in which the interlayer insulating film is formed so as to bury a step between the portion and the light shielding film on the gate electrode.
  • the light receiving unit is provided as a photoelectric conversion unit for each pixel, and the signal charge from the light receiving unit is transferred to the charge voltage conversion unit adjacent to the light receiving unit.
  • a charge transfer transistor for performing a signal conversion, and a signal charge transferred to the charge voltage conversion unit by the charge transfer transistor for each light receiving unit is converted into a voltage, and is amplified in accordance with the conversion voltage and imaged for each pixel unit
  • the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention, wherein a transparent interlayer insulating film between the microlens and the light receiving unit is provided at a lower center of the microlens. And a light pipe forming step of forming a light pipe constituting an optical waveguide that opens to the upper portion of the light receiving portion in plan view, thereby achieving the above object.
  • an intra-layer lens for forming an intra-layer lens on the light pipe for further condensing light from the microlens into the light pipe. It further has a forming step.
  • the first resist film is formed in a predetermined shape on the transparent interlayer insulating film between the microlens and the light receiving portion by photolithography.
  • the first resist film forming step for patterning and using the patterned first resist film as a mask the interlayer insulating film is etched to a predetermined depth so that the side surface is tapered, and the taper is opened upward.
  • a photolithographic technique so as to cover the first recess forming step for forming the first recess, the step of filling the first recess with a transparent high refractive index film, and the high refractive index film embedded in the first recess.
  • the first resist film is formed in a predetermined shape on the transparent interlayer insulating film between the microlens and the light receiving portion by photolithography.
  • a photolithographic technique so as to cover the first recess forming step for forming the first recess, the step of filling the first recess with a transparent high refractive index film, and the high refractive index film embedded in the first recess.
  • the light pipe forming step in the method of manufacturing a solid-state imaging device includes forming the first light pipe on the transparent interlayer insulating film between the microlens and the light receiving unit by photolithography.
  • Etching the refractive index material film transfers the tapered shape of the side surface of the opening of the fifth resist film to the high refractive index material film, thereby forming a fifth recess that opens upward in a tapered shape.
  • a high refractive index material film is formed on or above at least the light pipe of the light pipe and the interlayer insulating film.
  • a high refractive index material film is formed on or above at least the light pipe of the light pipe and the interlayer insulating film.
  • a high refractive index material film forming step, a resist film forming step of forming a photosensitive resist film on the high refractive index material film, and patterning the resist film into a predetermined shape by lithography technology, and reflowing the patterned resist film Then, a resist lens shape forming step for forming an upward convex lens shape by the surface tension, and the lens-shaped resist film and the high refractive index material film are simultaneously etched to reflect the lens shape of the resist film. And a lens shape forming step for forming the high refractive index material film having the same lens shape.
  • the electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.
  • a light pipe that constitutes an optical waveguide is formed in an interlayer insulating film between the microlens and the light receiving unit, and the light pipe has a lower end surface at a position above the light receiving unit and a center of the light receiving unit in plan view.
  • the upper end surface is opened at a position below the microlens so as to include the central portion of the microlens in plan view, and the upper and lower end surface regions are different from each other in plan view.
  • the light pipe is oblique in cross section according to the positions of the light receiving portions that are periodically shifted due to the plurality of pixel sharing. Since the lower end of the light pipe is open above the central part of the light receiving part and the upper end of the light pipe is open below the central part of the microlens, By periodically shifting the position of the light receiving unit, even if the planar view position of the light receiving unit and the microlens is shifted, it can be accurately and reliably condensed at the center position of each light receiving unit by the light pipe, The light receiving sensitivity and shading can be further improved.
  • the microlens and the upper end portion of the light pipe are formed at equal intervals, it is possible to make the incident light amount to each adjacent light receiving portion close to each other by sharing a plurality of pixels and to make each light receiving portion the same. Thus, variations in the amount of incident light can be eliminated.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device 1 or 1A or 1B of Embodiments 1 to 3 of the present invention as an imaging unit as Embodiment 4 of the present invention.
  • It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the example of a principal part structure of the conventional CCD image sensor currently disclosed by patent document 1.
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the example of a principal part structure of the conventional CMOS image sensor currently disclosed by patent document 2.
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the example of a principal part structure of the CCD solid-state image sensor in Embodiment 3 of this invention.
  • (A)-(e) is a principal part longitudinal cross-sectional view for demonstrating the light pipe formation process in the manufacturing method of the CCD solid-state image sensor of FIG.
  • Embodiments 1 to 3 of the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention, and a mobile phone device with a camera, for example, using any of Embodiments 1 to 3 of the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit Embodiment 4 of an electronic information device such as the above will be described in detail with reference to the drawings.
  • each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a CCD solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the CCD solid-state imaging device 1 has a charge transfer unit 4 sharing two pixels, and the arrangement positions are different so that the positions of a plurality of pixel units are periodically shifted from each other in units of two pixels. ing.
  • Each pixel portion is provided with a plurality of two-dimensional light receiving portions 3 formed of photodiodes that generate signal charges by photoelectrically converting incident light as light receiving elements on the surface portion of the semiconductor substrate 2.
  • a charge transfer unit 4 is provided adjacent to the unit 3 for reading and transferring the signal charge from the light receiving unit 3 through the signal charge reading unit.
  • a gate electrode 6 is disposed on the charge transfer unit 4 and the signal charge readout unit with a gate insulating film 5 interposed therebetween. The gate electrode 6 functions as a charge transfer electrode for reading out signal charges and controlling charge transfer of the read signal charges in a predetermined direction.
  • a light shielding film 7 is formed via an insulating layer 8 in order to prevent incident light from being reflected by the gate electrode 6 and generating noise.
  • an opening 7 a is formed in the light shielding film 7 as a window portion for incident light.
  • An interlayer insulating film 9 for flattening the stepped portion between the surface of the light receiving portion 3 and the light shielding film 7 is formed.
  • This interlayer insulating film 9 is a transparent SiO 2 film.
  • the interlayer insulating film 9 is opened so that the lower end surface includes a central portion of the light receiving unit 3 in a plan view above the light receiving unit 3, and the upper end surface is viewed in a plan view below a microlens 14 described later.
  • the light pipe 10 is formed so as to include the central portion of the microlens 14 and constitute an optical waveguide in which upper and lower end face regions are different from each other in plan view.
  • a planarizing film 11 is formed on the upper end surfaces of the interlayer insulating film 9 and the light pipe 10, and predetermined colors of R, G, and B colors arranged for each light receiving unit 3 on the planarizing film 11.
  • An array for example, a Bayer array
  • a planarizing film 13 is formed on the color filter 12, and a microlens 14 for condensing light to the light receiving unit 3 is formed thereon.
  • the light pipe 10 is formed obliquely in the depth direction so that its upper and lower positions are different.
  • the plan view shape of the lower end surface of the light pipe 10 is circular, elliptical, quadrangular, or the like, and is opened above the light receiving unit 3 so as to include the central portion in plan view.
  • the plan view shape of the upper end surface of the light pipe 10 is also a circle, an ellipse, a quadrangular shape, and the like, and is opened below the microlens 14 so as to include the central portion in plan view.
  • incident light including oblique light
  • the microlens 14 is condensed inside the upper end surface region of the light pipe 10 by the microlens 14, and is emitted from the lower end surface of the light pipe 10 through the light pipe 10 to be centered in the light receiving unit 3. Is incident on the part.
  • the degree of freedom in designing the arrangement of the microlenses 14 is increased, and it is not necessary to provide the microlenses 14 directly above the light receiving unit 3.
  • a plurality of light receiving units 3 that photoelectrically convert incident light to form an image on a semiconductor substrate 2 (or a semiconductor layer) are two-dimensionally formed.
  • a resist film (not shown) is opened in a predetermined shape in a transparent SiO 2 film that is a material of the interlayer insulating film 9 so that the side surface is tapered, and this is masked. Etching is performed for a predetermined plan view shape and a predetermined depth. Next, this etching shape is formed in a concave portion opened upward in a tapered shape with a cross-sectional shape in which a trapezoid is turned upside down. The recess is filled with a transparent SiN film of a high refractive index material film (high refractive index film). Subsequently, as shown in FIG.
  • a resist film 21 is opened in a predetermined shape and patterned in the SiN film embedded in the recess so that the side surface is tapered, and the patterned resist film 21 is masked.
  • An etching stopper film may be provided on the bottom of the recess.
  • This etching shape (concave shape) is smaller than the initial etching shape (concave shape), and is formed in a concave portion having a cross-sectional shape in which the trapezoid is turned upside down in the initial etching shape region.
  • Two light pipes 10 each having a parallelogram cross section can be formed by filling the recess with a transparent SiO 2 film 9a.
  • the material of the light pipe 10 may be a SiON film in addition to the high refractive index material SiN film.
  • This SiO 2 film 9 a can be made of the same film material as that of the transparent SiO 2 film
  • this light pipe forming step includes a first resist film forming step of patterning a first resist film into a predetermined shape by a photolithography technique on the transparent interlayer insulating film 9 between the microlens 14 and the light receiving unit 3; Using the patterned first resist film as a mask, a first recess forming step is formed in the interlayer insulating film 9 by etching to a predetermined depth so that the side surface is tapered to open a first recess that is tapered upward. And a step of embedding the first concave portion with a transparent high refractive index material film and a second resist film (resist film 21) by photolithography so as to cover the high refractive index material film embedded in the first concave portion.
  • the light pipe 10 having a parallelogram-shaped cross section constituting the optical waveguide is formed in the interlayer insulating film 9 between the microlens 14 and the light receiving unit 3.
  • the end surface opens at a position above the light receiving portion 3 so as to include the central portion of the light receiving portion 3 in plan view
  • the upper end surface opens at a position below the micro lens 14 so as to include the central portion of the micro lens 14 in plan view.
  • the upper and lower end face regions are different from each other in plan view.
  • the light pipe 10 is inclined in the cross-sectional direction according to the positions of the light receiving portions 3 that are periodically shifted in units of two pixels. Since the lower end surface portion of the light pipe 10 is located above the center portion of the light receiving portion 3 and the upper end surface portion of the light pipe 10 is located below the center portion of the microlens 14. Since the positions of the adjacent light receiving units 3 that share two pixels are periodically shifted, light is guided by the light pipe 10 even when the positions of the light receiving unit 3 and the microlens 14 are shifted in plan view.
  • the light can be condensed accurately and reliably at the center position of each light receiving unit 3, and the light receiving sensitivity and shading can be further improved.
  • the microlens 14 and the upper end surface portion of the light pipe 10 are formed at equal intervals, it is possible to make the incident light amounts to the adjacent light receiving portions 3 close to each other by sharing two pixels. Variations in the amount of incident light can be eliminated in each light receiving unit 3.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a CCD solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the constituent members having the same functions and effects as the constituent members of the CCD solid-state imaging device 1 in FIG. 1, and description thereof is omitted.
  • the CCD solid-state imaging device 1 ⁇ / b> A of the second embodiment is different from the CCD solid-state imaging device 1 of the first embodiment in that the vertical cross-sectional shape of the light pipe 10 a is configured in an inverted right trapezoid shape. is there.
  • the light pipe 10a is formed in an inverted right-angled trapezoidal shape with one side surface inclined and the other side surface vertical in the depth direction so that the upper position area includes the lower position area.
  • the plan view shape of the lower end surface of the light pipe 10a is a circle, an ellipse, a quadrangle, or the like, and is opened above the light receiving unit 3 so as to include the central portion in plan view.
  • the opening area of the lower end surface of the light pipe 10a has the same shape and area as the opening area of the lower end surface of the light pipe 10 of the first embodiment.
  • the planar view shape of the upper end surface of the light pipe 10a is also a circle, an ellipse, a quadrangle, or the like, and is opened below the microlens 14 so as to include the central portion in the planar view.
  • the opening area of the upper end face of the light pipe 10a is wide including the area of the upper end face of the light pipe 10 of the first embodiment.
  • a resist is formed on a transparent SiO 2 film that is a material of the interlayer insulating film 9 so that the side surface is tapered.
  • the film is opened and patterned in a predetermined shape, and this is used as a mask to etch the film in a predetermined shape and a predetermined depth.
  • An etching stopper film may be provided on the bottom.
  • this etching shape is a recess having a cross-sectional shape in which the trapezoid is turned upside down, and is formed in a recess opened upward in a tapered shape.
  • the recess is filled with a transparent high refractive index material SiN film.
  • the resist film 22 is opened in a predetermined shape and patterned in the SiN film embedded in the recess, and the side surface is etched by using this as a mask to a predetermined shape and a predetermined depth.
  • Vertical recesses (recesses with sharp side faces) are formed. This etching residual shape is formed in a trapezoidal shape with a right-angle cross section in which the portion of the remaining SiN film in the first etching shape region is trapezoidal upside down.
  • Two light pipes 10a can be formed on the left and right sides by filling the etched recesses with a transparent SiO 2 film 9a.
  • the material of the light pipe 10a may be a SiON film in addition to the high refractive index material SiN film.
  • the SiO 2 film 9 a is made of the same film material as that of the transparent SiO 2 film constituting the interlayer insulating film 9.
  • this light pipe forming step includes a first resist film forming step of patterning a first resist film into a predetermined shape by a photolithography technique on the transparent interlayer insulating film 9 between the microlens 14 and the light receiving unit 3; Using the patterned first resist film as a mask, a first recess forming step is formed in the interlayer insulating film 9 by etching to a predetermined depth so that the side surface is tapered to open a first recess that is tapered upward. And a step of filling the first recess with a transparent high refractive index material film, and a third resist film (resist film 22) by photolithography so as to cover the high refractive index material film embedded in the first recess.
  • the light pipe 10a having the inverted right-angled trapezoidal cross section forming the optical waveguide is formed in the interlayer insulating film 9 between the microlens 14 and the light receiving unit 3, and the light pipe 10a.
  • the lower end surface opens so as to include the central portion of the light receiving portion 3 in a plan view above the light receiving portion 3, and the upper end surface includes the central portion of the micro lens 14 in a plan view below the micro lens 14.
  • the upper and lower end face regions are included in the plan view.
  • the light pipe 10a is oblique in cross section according to the positions of the light receiving portions 3 that are periodically shifted in units of two pixels.
  • the lower end surface of the light pipe 10a is opened above the center of the light receiving unit 3 and the upper end surface of the light pipe 10a is below the center of the microlens 14.
  • the opening is positioned so as to collect light more widely than in the case of the first embodiment, the positions of the adjacent light receiving units 3 that share two pixels are periodically shifted, so Even if the position of the lens 14 is shifted in plan view, the light pipe 10a can guide the light to the light receiving unit 3 side and accurately focus the light on the center position of each light receiving unit 3. Edingu can be further improved.
  • the plurality of microlenses 14 and the upper end surfaces of the light pipes 10a corresponding to the plurality of microlenses 14 are all formed at equal intervals.
  • the microlens 14 and the upper end surface portion of the light pipe 10a are formed at equal intervals, the amount of incident light on each adjacent light receiving portion 3 can be made the same by sharing two pixels. Thus, it is possible to eliminate variations in the amount of incident light at each light receiving unit 3.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a CCD solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the constituent members having the same functions and effects as the constituent members of the CCD solid-state imaging device 1 in FIG. 1, and description thereof is omitted.
  • the CCD solid-state imaging device 1B of the third embodiment is different from the CCD solid-state imaging device 1 of the first embodiment in that a light pipe 10b that guides light in an oblique direction is formed in the interlayer insulating film 9, This is the point that an in-layer lens 15 is provided on the light pipe 10b to more reliably guide the light collected from the microlens 14 into the light pipe 10b.
  • a flattening film 11A is formed on the interlayer insulating film 9 and the inner lens 15 so as to bury them and flatten the upper surface.
  • the light pipe 10b is formed obliquely in the depth direction so that its upper and lower positions are different.
  • the plan view shape of the lower end surface of the light pipe 10b is a circle, an ellipse, a quadrangle, or the like, and is opened above the light receiving unit 3 so as to include the central portion in plan view.
  • the plan view shape of the upper end surface of the light pipe 10b is also a circle, an ellipse, a quadrangle, or the like, and is open below the micro lens 14 so as to include the central portion in plan view.
  • the in-layer lens 15 is provided directly on the light pipe 10b, and the in-layer lens 15 condenses in the light pipe 10b to guide light.
  • the incident light including the oblique light is condensed on the inner lens 15 by the microlens 14, and further collected by the inner lens 15 inside the upper end surface region of the light pipe 10b, and then in the light pipe 10b.
  • the light is guided in an oblique direction on the light receiving unit 3 side, is emitted from the lower end surface of the light pipe 10 b, and enters the center of the light receiving unit 3.
  • the degree of freedom in the arrangement design of the microlens 14 is further increased, and the microlens 14 is placed directly above the light receiving unit 3. There is no longer any need to provide it. Further, the light condensing from the microlens 14 can be more reliably condensed on the center of the light receiving unit 3 via the inner lens 15 and the light pipe 10b.
  • the interlayer insulating film 9 and the lower central portion of the microlens 14 are interposed between the interlayer insulating film forming process and the color filter forming process of the first embodiment.
  • an intra-layer lens forming step for forming an inner lens 15 for further condensing the light.
  • the planarizing film 11 is disposed on the interlayer insulating film 9 and the inner lens 15.
  • a color filter 12 having a predetermined color arrangement is formed corresponding to the position of each light receiving portion 3.
  • 9 (a) to 9 (e) are longitudinal sectional views for explaining a light pipe forming step in the method for manufacturing the CCD solid-state imaging device shown in FIG.
  • a photosensitive resist film is formed on the interlayer insulating film 9
  • a photosensitive resist film 23 (fourth resist film) is obtained by patterning the photosensitive resist film into a predetermined shape in a state where the side wall of the opening corresponding to the first light pipe forming position is tapered.
  • the interlayer insulating film 9 is formed together with the photosensitive resist film 23 in which the side wall of the opening is patterned to have a tapered section, and the sectional side tapered shape of the opening side wall of the photosensitive resist film 23 is formed. Is etched so as to be transferred to the interlayer insulating film 9, thereby forming a recess 9 b having a cross-sectional shape with the trapezoid turned upside down with respect to the interlayer insulating film 9.
  • the SiN film of the transparent high refractive index material film 10A is embedded in the recess 9b of the interlayer insulating film 9, and the surface is flattened by etching back.
  • a photosensitive resist film is formed on the interlayer insulating film 9 and the high-refractive index material film 10A as in the case of FIG.
  • a photosensitive resist film 24 (fifth resist film) is obtained by patterning the photosensitive resist film into a predetermined shape in a state where the side wall of the opening corresponding to the formation position is tapered.
  • the high-refractive index material film 10A together with the photosensitive resist film 24 patterned in a tapered shape is etched so as to transfer the tapered shape of the side wall of the opening of the photosensitive resist film 23 to the interlayer insulating film 9, thereby providing a high refractive index.
  • a recess having a cross-sectional shape with the trapezoid turned upside down is formed with respect to the rate material film 10A.
  • the surface is flattened by embedding with a transparent SiO 2 film 9a in the recess of the high refractive index material film 10A and etching back, so that two light pipes 10b on the left and right Can be formed.
  • the SiO 2 film 9 a is the same film material as the transparent SiO 2 film constituting the interlayer insulating film 9.
  • this light pipe forming step is performed by tapering a cross-section taper on the side wall of the opening corresponding to the first light pipe forming position on the transparent interlayer insulating film 9 between the microlens 14 and the light receiving portion 3 by photolithography.
  • a taper shape on the side surface of the opening of the resist film 23 is transferred to the interlayer insulating film 9 to form a fourth recess that opens upward in a tapered shape; and a transparent high refractive index in the fourth recess
  • the intra-layer lens forming step in the manufacturing method of the CCD solid-state imaging device 1B of the third embodiment having the above-described configuration is performed on at least the light pipe 10b of the light pipe 10b and the interlayer insulating film 9 (or above the planarizing film).
  • a high refractive index material film such as a SiN film
  • a photosensitive resist film is formed on the high refractive index material film, and the amount of irradiation light is controlled using a transmittance gradation mask.
  • a high refractive index material film such as a SiN film is formed on at least the light pipe 10b of the light pipe 10b and the interlayer insulating film 9 (or above the planarizing film).
  • a high refractive index material film forming step a resist film forming step of forming a photosensitive resist film on the high refractive index material film, and patterning the resist film into a predetermined shape by lithography technology, and reflowing the patterned resist film
  • the resist lens shape forming process that forms an upward convex lens shape by the surface tension, and the same lens shape reflecting the lens shape of the resist film by simultaneously etching the lens-shaped resist film and the high refractive index material film
  • a high refractive index material film lens shape forming step of forming a high refractive index material film is formed on at least the light pipe 10b of the light pipe 10b and the interlayer insulating film 9 (or above the planarizing film).
  • the degree of freedom in the arrangement design of the microlens 14 is further increased, and the microlens 14 Need not be provided directly above the light receiving section 3. Further, the light condensing from the microlens 14 can be more reliably condensed on the center of the light receiving unit 3 via the inner lens 15 and the light pipe 10b.
  • the light pipe 10b is inclined in a cross-sectional direction in accordance with the positions of the light receiving portions 3 periodically shifted in units of two pixels.
  • the lower end surface portion of the light pipe 10b is opened above the central portion of the light receiving portion 3, and the upper end surface portion of the light pipe 10b is opened below the central portion of the microlens 14. Therefore, even if the positions of the light receiving units 3 adjacent to each other by sharing two pixels are periodically shifted, the light pipe 10b can be moved even when the positions of the light receiving unit 3 and the microlens 14 are shifted in plan view.
  • the light can be guided to the light receiving unit 3 side and can be accurately and reliably condensed at the center position of each light receiving unit 3, and the light receiving sensitivity and shading can be further improved.
  • the plurality of microlenses 14 and the upper end surfaces of the light pipes 10b corresponding to the plurality of microlenses 14 are all formed at equal intervals.
  • the microlens 14 and the upper end surface portion of the light pipe 10b are formed at equal intervals, it is possible to make the incident light amounts to the adjacent light receiving portions 3 close to each other by sharing two pixels. Thus, it is possible to eliminate variations in the amount of incident light at each light receiving unit 3.
  • the inner lens 15 is further provided directly on the light pipe 10b.
  • the present invention is not limited to this, and the inner lens 15 is further provided above the light pipe 10b via a planarizing film. Also good.
  • the light pipe forming process of the third embodiment can also be used in the first and second embodiments.
  • the inner lens 15 may be provided on at least the light pipe 10b or above the interlayer insulating film 9 and the light pipe 10b.
  • the two-pixel shared solid-state imaging device 1 or 1A or 1B having the respective light receiving portions 3 that are periodically shifted from each other in units of two pixels has been described.
  • the light pipe 10 or 10a or 10b of the first to third embodiments can be applied, and the object of the present invention that can further improve the light receiving sensitivity and shading can be achieved. .
  • the light pipe 10 or 10a or 10b of the first to third embodiments can also be applied to a solid-state imaging element sharing a plurality of pixels having the light receiving portions 3 that are periodically shifted from each other in units of a plurality of pixels.
  • the object of the present invention that can further improve the light receiving sensitivity and shading can be achieved.
  • the present invention is not limited to this, and the light pipe 10 or 10a or 10b of the first to third embodiments is used. It can also be applied to a CMOS solid-state imaging device.
  • a light receiving unit 3 is provided as a photoelectric conversion unit for each pixel, and adjacent to the light receiving unit 3, a charge for transferring signal charges from the light receiving unit 3 in a predetermined direction.
  • the transfer unit 4 and the gate electrode 6 for controlling the transfer of the read signal charges on the transfer unit 4 and the light shielding film 7 thereon are arranged.
  • An interlayer insulating film 9 is formed so as to fill the step with the light shielding film 7 opened at.
  • a light receiving unit is provided as a photoelectric conversion unit for each pixel, and adjacent to the light receiving unit, a charge transfer transistor for transferring signal charges from the light receiving unit to the charge voltage conversion unit,
  • the signal charge transferred to the charge voltage conversion unit by the charge transfer transistor for each light receiving unit is voltage converted, amplified in accordance with the converted voltage, and read out as an imaging signal for each pixel unit
  • An interlayer insulating film similar to the interlayer insulating film 9 is formed so as to cover the charge transfer transistors and the transistors constituting the readout circuit and the light receiving portion.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device 1 or 1A or 1B of Embodiments 1 to 3 of the present invention as an imaging unit as Embodiment 4 of the present invention.
  • the electronic information device 90 of the third embodiment is a solid-state imaging device that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on the imaging signal from the solid-state imaging device 1 or 1A or 1B of the first to third embodiments.
  • a memory unit 92 such as a recording medium that can record data after processing the color image signal from the solid-state image pickup device 91 for recording, and the color image signal from the solid-state image pickup device 91 for display
  • the display unit 93 such as a liquid crystal display device which can be displayed on a display screen such as a liquid crystal display screen after the predetermined signal processing is performed, and the color image signal from the solid-state imaging device 91 is subjected to predetermined signal processing for communication.
  • the communication unit 94 such as a transmission / reception device that can perform communication processing later, and the color image signal from the solid-state imaging device 91 can be subjected to printing processing after predetermined printing signal processing for printing.
  • an image output unit 95 such as a printer to.
  • the electronic information device 90 is not limited to this, but in addition to the solid-state imaging device 91, at least one of a memory unit 92, a display unit 93, a communication unit 94, and an image output unit 95 such as a printer. You may have.
  • the electronic information device 90 includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera, and a video phone camera.
  • a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera
  • an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera
  • a video phone camera includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera
  • an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera
  • a video phone camera such as an image input camera, a scanner device, a facsimile device, a camera-equipped mobile phone device, and a portable terminal device (PDA) is conceivable.
  • PDA portable terminal device
  • the image is displayed on the display screen, or the image is output by the image output unit 95 on the paper.
  • Print communicating this as communication data in a wired or wireless manner, performing a predetermined data compression process in the memory unit 92 and storing it in a good manner, or performing various data processings satisfactorily Can do.
  • the present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor in which a plurality of light-receiving units that photoelectrically convert image light from a subject and image it, a manufacturing method thereof, and a solid-state imaging device.
  • Electronic cameras such as digital video cameras and digital still cameras used as image input devices, such as digital video cameras and digital still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, camera-equipped mobile phone devices, etc.
  • the light pipe is formed in a cross-sectional oblique direction according to the positions of the light receiving portions periodically shifted by the multiple pixel sharing
  • the lower end of the light pipe is located above the center of the light receiving part, and the microlens Since the upper end of the light pipe is located below the center, the positions of the adjacent light receiving parts that share multiple pixels are periodically shifted, and the planar view positions of the light receiving parts and the microlens are shifted.
  • the light pipe can be accurately and reliably condensed at the center position of each light receiving unit, and the light receiving sensitivity and shading can be further improved.
  • the microlens and the upper end portion of the light pipe are formed at equal intervals, it is possible to make the incident light amount to each adjacent light receiving portion close to each other by sharing a plurality of pixels and to make each light receiving portion the same. Thus, variations in the amount of incident light can be eliminated.

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善する。マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面平行四辺形状のライトパイプ１０が形成され、ライトパイプ１０は、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに領域がずれて異なっている。

Description

固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
　本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
　２画素共有の転送部を持ち、被写体からの画像光を光電変換して撮像する受光部の位置が２画素単位で互いに寄って周期的に異なっている２画素共有の従来のＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが特許文献１～５に提案されている。
　図６は、特許文献１に開示されている従来のＣＣＤイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
　図６に示すように、従来のＣＣＤイメージセンサ１００は、半導体基板１０１の上部に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部１０２が２画素単位で互いに寄って２次元状に設けられ、受光部１０２に隣接して電荷転送部１０３がそれぞれ設けられている。電荷転送部１０３上にはゲート電極１０４およびその上に絶縁膜１０５を介して遮光膜１０６が設けられている。受光部１０２の上面と遮光膜１０６との段差を埋め込むように透明な層間絶縁膜１０７が設けられている。この層間絶縁膜１０７上には平坦化膜１０８が設けられ、平坦化膜１０８上にカラーフィルタ１０９が所定の色配列で設けられ、カラーフィルタ１０９上には平坦化膜１１０が設けられている。この平坦化膜１１０上に、これらの互いに寄った２画素を覆うように凸状透明部１１１が設けられ、その上に２つのマイクロレンズ１１２が各受光部１０２にそれぞれ対応するように設けられている。この凸状透明部１１１の傾きにより、２画素単位で入射光の方向が各受光部１０２側に曲げられて、各受光部１０２に入射しやすくなっている。
　図７は、特許文献２に開示されている従来のＣＭＯＳイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
　図７に示すように、従来のＣＭＯＳイメージセンサ２００は、光を受光して電荷に変換する受光部２０１と、受光部２０１に入射光を集光させるためのマイクロレンズ２０２と、受光部２０１とマイクロレンズ２０２との間に配された層間絶縁膜２０３および保護膜２０４とを備えると共に、層間絶縁２０３および前記保護膜２０４が互いに異なる屈折率の光透過材料からなっている。層間絶縁膜２０３と保護膜２０４との界面が、受光部２０１とマイクロレンズ２０２との平面位置のずれ量に応じた傾斜を有するように形成されている。なお、２０５はカラーフィルタであり、２０６は金属配線である。
　次に、特許文献３～５に開示されている２画素共有の従来の固体撮像素子において、マイクロレンズの形が２画素周期で互いにくっ付いて一方端部が互いに重なるように形成されている。
特開２００２－２７０８１１号公報 特開２００５－１５０４９２号公報 特開２００７－９５７５１号公報 特開２００７－２０８８１７号公報 特開２００７－３１１４１３号公報
　特許文献１に開示されている従来の技術では、凸状透明部１１１上に設けられたマイクロレンズ１１２の断面形状が２画素周期で傾いているために、真上からの平行光に対してマイクロレンズ１１２を最適化して隣接する各受光部１０２への入射光が受光部１０２の中央部に集光するようにした場合であっても、斜め光に対しては、隣接する各受光部１０２の中央部に入射光が集光しないという問題がある。即ち、互いに逆方向に傾いた左右の２個のマイクロレンズ１１２に対して、例えば左上から右下の方向に傾いた斜め光を入射させた場合に、左側のマイクロレンズ１１２の方が右側のマイクロレンズ１１２よりも受光部１０２での受光効率がよく受光感度がよい。このことは、左右のマイクロレンズが２画素周期で互いにくっ付いて形成されている特許文献３～５に開示されている従来の技術においても、例えば左上から右下の方向に傾いた斜め光を入射させた場合に、左側のマイクロレンズの方が右側のマイクロレンズよりも受光部での受光効率がよく受光感度がよい。したがって、特許文献１および３～５に開示されている従来の技術では、斜め光に対して２画素単位で周期的に寄った受光部１０２での受光感度およびシェーディングが悪化するという問題がある。
　また、特許文献２に開示されている従来の技術では、層間絶縁膜２０３と保護膜２０４との界面が、２画素共有の各受光部２０１とマイクロレンズ２０２との平面位置のずれ量に応じた傾斜を有するように形成されているが、斜め光に対しても傾斜面でマイクロレンズ２０２からの集光方向を調整しているため、２画素共有の互いに寄った各受光部２０１の各中央部に向けて、安定的に正確に集光をそれぞれ曲げるようにその傾斜面で調整することは困難である。
　本発明は、上記従来の問題を解決するもので、複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善することができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
　本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに該入射光を集光させる複数のマイクロレンズが該複数の受光部の上方に配設されている固体撮像素子において、該マイクロレンズと該受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、該ライトパイプは、下端面が該受光部の上方位置で平面視で該受光部の中央部を含むように開口し、上端面が該マイクロレンズの下方位置で平面視で該マイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
　また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光部の平面視位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、該複数画素単位で周期的に寄った受光部の位置に応じて前記ライトパイプの下端面の平面視位置が位置決めされている。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数のマイクロレンズと、該複数のマイクロレンズのそれぞれに対応した各ライトパイプの上端面とが全て等間隔に形成されている。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの材質がＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜の高屈折率膜であり、前記層間絶縁膜がＳｉＯ２膜である。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの縦断面形状が平行四辺形状または逆直角台形状である。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの上端面および下端面の少なくともいずれかは平面視で円形、楕円形または、正方形または矩形を含む４角形である。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における上下の各端面領域が平面視で互いに包含されているかまたは、平面視で互いに領域がずれている。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記ライトパイプ上または上方に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズが設けられている。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上に遮光膜が配置され、該遮光膜は該受光部の上方が開口され、該受光部と該ゲート電極上の遮光膜との段差を埋め込むように前記層間絶縁膜が形成されたＣＣＤ固体撮像素子で構成されている。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、該受光部毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有し、該電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと該受光部上に前記層間絶縁膜が形成されたＣＭＯＳ固体撮像素子で構成されている。
　本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子を製造する方法であって、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜に、該マイクロレンズの下方中央部に開口し、該受光部の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプを形成するライトパイプ形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
　また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記ライトパイプ上に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する。
　また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、該第２凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状のライトパイプを形成する工程とを有する。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、該第３凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプを形成する工程とを有する。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜と共に該層間絶縁膜をエッチングすることにより、第４レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該層間絶縁膜に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、該高屈折率材料膜および該層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた該第５レジスト膜と共に該高屈折率材料膜をエッチングすることにより、該第５レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該高屈折率材料膜に転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、該第５凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率材料膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
　さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、パターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状のレジスト膜と該高屈折率材料膜を同時にエッチングして、該レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の該高屈折率材料膜を形成するレンズ形状形成工程とを有する。
　本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
　上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
　本発明においては、マイクロレンズと受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、このライトパイプは、下端面が受光部の上方位置で平面視で受光部の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズの下方位置で平面視でマイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっている。
　これによって、複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善することが可能である。
　以上により、本発明によれば、受光部の位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、複数画素共有で周期的に寄った受光部の位置に応じてライトパイプが断面斜め方向に形成されて、受光部の中央部上方にライトパイプの下端部が開口位置し、マイクロレンズの中央部下方にライトパイプの上端部が開口位置しているため、複数画素共有で隣接した各受光部の位置が周期的に寄ることで、受光部とマイクロレンズとの平面視位置がずれていても、ライトパイプにより各受光部の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズとライトパイプの上端部とが等間隔に形成されていることから、複数画素共有で互いに寄って隣接した各受光部への入射光量を同じにすることができて各受光部で入射光量のばらつきを無くすことができる。
本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 図１のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。 本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 図３のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。 本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１～３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 特許文献１に開示されている従来のＣＣＤイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 特許文献２に開示されている従来のＣＭＯＳイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）～（ｅ）は、図８のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
　１、１Ａ、１Ｂ　ＣＣＤ固体撮像素子
　２　半導体基板
　３　受光部
　４　電荷転送部
　５　ゲート絶縁膜
　６　ゲート電極
　７　遮光膜
　７ａ　開口部
　８　絶縁層
　９　層間絶縁膜
　９ａ　ＳｉＯ２膜
　１０、１０ａ、１０ｂ　ライトパイプ
　１１、１３　平坦化膜
　１２　カラーフィルタ
　１４　マイクロレンズ
　１５　層内レンズ
　２１～２４　レジスト膜
　９０　電子情報機器
　９１　固体撮像装置
　９２　メモリ部
　９３　表示部
　９４　通信部
　９５　画像出力部
　以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態１～３および、この固体撮像素子の実施形態１～３のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態４について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
　（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
　図１において、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１は、２画素共有の電荷転送部４を有し、複数の画素部の位置が２画素単位で周期的に互いに寄るように配置位置が異なっている。各画素部にはそれぞれ、半導体基板２の表面部に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードで構成された受光部３が複数２次元状に設けられ、この受光部３に隣接して受光部３からの信号電荷を、信号電荷読み出し部を通して読み出して電荷転送するための電荷転送部４が設けられている。この電荷転送部４および信号電荷読み出し部上にはゲート絶縁膜５を介してゲート電極６が配置されている。このゲート電極６は、信号電荷を読み出すと共に、読み出された信号電荷を所定方向に電荷転送制御するための電荷転送電極として機能する。
　このゲート電極６上には、入射光がゲート電極６により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜７が絶縁層８を介して形成されている。また、受光部３の上方においては、遮光膜７には、入射光用の窓部として開口部７ａが形成されている。
　これらの受光部３の表面と遮光膜７との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜９が形成されている。この層間絶縁膜９は透明なＳｉＯ２膜である。この層間絶縁膜９には、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面が、後述のマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いにずれて異なっている光導波路を構成するライトパイプ１０が形成されている。
　さらに、この層間絶縁膜９およびライトパイプ１０の上端面上には平坦化膜１１が形成され、平坦化膜１１上に、受光部３毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ１２が形成されている。さらに、そのカラーフィルタ１２上には平坦化膜１３が形成され、その上に受光部３への集光用のマイクロレンズ１４が形成されている。
　ライトパイプ１０は、その上部と下部の位置が異なるように深さ方向に斜めに形成されている。ライトパイプ１０の下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方で開口している。ライトパイプ１０の上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によってライトパイプ１０の上端面領域内部で集光され、ライトパイプ１０内を介してライトパイプ１０の下端面から出射されて受光部３の中央部に入射される。これによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が無くなる。
　上記構成の本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１の製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜７を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜７の段差部上に透明な層間絶縁膜９を形成する層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜９に、マイクロレンズ１４の下方中央部に開口し、受光部３の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプ１０を形成するライトパイプ形成工程と、層間絶縁膜９およびライトパイプ１０上に平坦化膜１１を介して所定の色配列のカラーフィルタ１２を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１２上に、平坦化膜１３を介してマイクロレンズ１４を各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
　このライトパイプ形成工程は、まず、層間絶縁膜９の材料である透明なＳｉＯ２膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜（図示せず）を所定形状に開口し、これをマスクとして所定平面視形状および所定深さだけエッチングする。次に、このエッチング形状は、台形を上下逆にした断面形状で上方にテーパ状に開放した凹部に形成されている。この凹部内を透明な高屈折率材料膜（高屈折率膜）のＳｉＮ膜で埋め込む。続いて、図２に示すように、この凹部内を埋め込んだＳｉＮ膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜２１を所定形状に開口してパターニングし、このパターニングしたレジスト膜２１をマスクとして所定平面視形状および所定深さ（始めの深さと同じ深さ）にエッチングする。この凹部の底部にエッチングストッパ膜を設けてもよい。このエッチング形状（凹部形状）は、最初のエッチング形状（凹部形状）よりも小さく、最初のエッチング形状領域内で台形を上下逆にした断面形状の凹部に形成される。この凹部内を透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んで断面平行四辺形状の２個のライトパイプ１０をそれぞれ形成することができる。このライトパイプ１０の材料は高屈折率材料のＳｉＮ膜の他に、ＳｉＯＮ膜であってもよい。このＳｉＯ２膜９ａは、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜の材料と同じ膜材料で構成することができる。
　要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、層間絶縁膜９に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、第１凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、第１凹部内を埋め込んだ高屈折率材料膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜（レジスト膜２１）を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、高屈折率材料膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、第２凹部内を層間絶縁膜９の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状で斜めに傾いた２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有している。
　以上により、本実施形態１によれば、マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面平行四辺形状のライトパイプ１０が形成され、ライトパイプ１０は、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに領域がずれて異なっている。
　これによって、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有の固体撮像素子１において、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０が断面斜め方向に断面平行四辺形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０の下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０の上端面部が開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ
１０により光を導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０の上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
　（実施形態２）
　上記実施形態１では、ライトパイプ１０の断面形状が平行四辺形状に構成した場合について説明したが本実施形態２では、ライトパイプ１０の断面形状が逆直角台形状に構成した場合について説明する。
　図３は、本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図３では、図１のＣＣＤ固体撮像素子１の構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
　図３において、本実施形態２のＣＣＤ固体撮像素子１Ａが、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１と異なる点は、ライトパイプ１０ａの縦断面形状が逆直角台形状に構成されていることである。
　ライトパイプ１０ａは、その上部の位置領域が下部の位置領域を含むように深さ方向に一方側面が斜めで他方側面が垂直に形成されて断面形状が逆直角台形状に構成されている。ライトパイプ１０ａの下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方で開口している。このライトパイプ１０ａの下端面の開口領域は、上記実施形態１のライトパイプ１０の下端面の開口領域と同じ形状および面積になっている。また、ライトパイプ１０ａの上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。このライトパイプ１０ａの上端面の開口領域は、上記実施形態１のライトパイプ１０の上端面の領域を含んで広くなっている。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によってライトパイプ１０ａの広い上端面領域内部で集光され、ライトパイプ１０ａ内を介してライトパイプ１０ａの下端面から出射されて受光部３の中央部に確実に入射される。これによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が無くなる。
　上記構成の本実施形態２のＣＣＤ固体撮像素子１Ａの製造方法におけるライトパイプ形成工程は、まず、層間絶縁膜９の材料である透明なＳｉＯ２膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜を所定形状に開口してパターニングし、これをマスクとして、所定形状および所定深さだけエッチングする。底部にエッチングストッパ膜を設けていてもよい。次に、このエッチング形状（凹部断面形状）は、台形を上下逆にした断面形状の凹部であって上方にテーパ状に開放した凹部に形成される。この凹部内を透明な高屈折率材料のＳｉＮ膜で埋め込む。続いて、図４に示すように、この凹部内を埋め込んだＳｉＮ膜に、レジスト膜２２を所定形状に開口してパターニングし、これをマスクとして、所定形状および所定深さだけエッチングして側面が垂直の凹部（側面が切立った凹部）を形成する。このエッチング残形状は、最初のエッチング形状領域内の残ったＳｉＮ膜の部分が台形を上下逆にした断面直角台形状に形成される。このエッチング除去された凹部内を透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んで左右に２個のライトパイプ１０ａを形成することができる。このライトパイプ１０ａの材料は高屈折率材料のＳｉＮ膜の他に、ＳｉＯＮ膜であってもよい。このＳｉＯ２膜９ａとしては、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜と同じ膜材料とする。
　要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、層間絶縁膜９に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、第１凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、第１凹部内を埋め込んだ高屈折率材料膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜（レジスト膜２２）を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、高屈折率材料膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、第３凹部内を層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプ１０ａを形成する埋め込み工程とを有する。
　以上により、本実施形態２によれば、マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面形状が逆直角台形状のライトパイプ１０ａが形成され、ライトパイプ１０ａは、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに包含されている。
　これによって、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有のＣＣＤ固体撮像素子１Ａにおいて、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０ａが断面斜め方向に出射位置を変えて断面逆直角台形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０ａの下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０ａの上端面部が、上記実施形態１の場合よりも広く光を集めるように開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０ａにより光を受光部３側に導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、複数のマイクロレンズ１４と、複数のマイクロレンズ１４のそれぞれに対応した各ライトパイプ１０ａの上端面とが全て等間隔に形成されている。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ａの上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
　（実施形態３）
　本実施形態３では、上記実施形態１のライトパイプ１０と同様のライトパイプ１０ｂの上に層内レンズを設けて、マイクロレンズ１４からの集光をより確実にライトパイプ１０ｂ内に導く場合について説明する。
　図８は、本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図８では、図１のＣＣＤ固体撮像素子１の構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
　図８において、本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂが、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１と異なる点は、層間絶縁膜９に、斜め方向に光を導くライトパイプ１０ｂを形成し、このライトパイプ１０ｂ上に、マイクロレンズ１４からの集光をより確実にライトパイプ１０ｂ内に導くための層内レンズ１５を設けた点である。これらの層間絶縁膜９および層内レンズ１５上にはこれらを埋め込んで上面を平坦化する平坦化膜１１Ａが形成されている。
　ライトパイプ１０ｂは、上記実施形態１のライトパイプ１０の場合と同様に、その上部と下部の位置が異なるように深さ方向に斜めに形成されている。ライトパイプ１０ｂの下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方に開口している。ライトパイプ１０ｂの上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。
　ライトパイプ１０ｂ上に層内レンズ１５が直に設けられ、層内レンズ１５がライトパイプ１０ｂ内に集光して光を導いている。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によって層内レンズ１５に集光され、さらに、層内レンズ１５によってライトパイプ１０ｂの上端面領域内部で更に集光されて、ライトパイプ１０ｂ内を介して、光が受光部３側の斜め方向に導かれてライトパイプ１０ｂの下端面から出射されて受光部３の中央部に入射される。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂとの間に層内レンズ１５を更に設けたことによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が更に増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が更に無くなる。また、マイクロレンズ１４からの集光をより確実に層内レンズ１５、ライトパイプ１０ｂを介して受光部３の中央部に集光させることができる。
　本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法では、上記実施形態１の層間絶縁膜形成工程とカラーフィルタ形成工程との間に、この層間絶縁膜９に、マイクロレンズ１４の下方中央部に開口し、受光部３の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプ１０ｂを形成するライトパイプ形成工程と、ライトパイプ１０ｂ上に、マイクロレンズ１４からの集光をライトパイプ１０ｂ内にさらに集光するための層内レンズ１５を形成する層内レンズ形成工程とを有しており、カラーフィルタ形成工程は、層間絶縁膜９および層内レンズ１５上に平坦化膜１１を介して所定の色配列のカラーフィルタ１２を各受光部３の位置に対応して形成している。
　図９（ａ）～図９（ｅ）は、図８のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
　上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法におけるライトパイプ形成工程は、まず、図９（ａ）に示すように、層間絶縁膜９上に感光性レジスト膜を成膜し、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態で感光性レジスト膜を所定形状にパターニングして感光性レジスト膜２３（第４レジスト膜）を得る。
　次に、図９（ｂ）に示すように、開口部の側壁が断面テーパ状にパターニングされた感光性レジスト膜２３と共に層間絶縁膜９を、感光性レジスト膜２３の開口部側壁の断面テーパ形状を層間絶縁膜９に転写するようにエッチングして、層間絶縁膜９に対して台形を上下逆にした断面形状の凹部９ｂを形成する。
　続いて、図９（ｃ）に示すように、層間絶縁膜９の凹部９ｂ内に透明な高屈折率材料膜１０ＡのＳｉＮ膜を埋め込んで、エッチバックすることにより表面を平坦化する。
　その後、図９（ｄ）に示すように、図９（ａ）の場合と同様に、層間絶縁膜９および高屈折率材料膜１０Ａ上に感光性レジスト膜を成膜し、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態で感光性レジスト膜を所定形状にパターニングして感光性レジスト膜２４（第５レジスト膜）を得る。さらに、テーパ状にパターニングされた感光性レジスト膜２４と共に高屈折率材料膜１０Ａを、感光性レジスト膜２３の開口部側壁のテーパ形状を層間絶縁膜９に転写するようにエッチングして、高屈折率材料膜１０Ａに対して台形を上下逆にした断面形状の凹部を形成する。
　さらに、図９（ｅ）に示すように、その高屈折率材料膜１０Ａの凹部内に透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んでエッチバックすることにより表面を平坦化して左右に２個のライトパイプ１０ｂを形成することができる。なお、このＳｉＯ２膜９ａは、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜と同じ膜材料である。
　要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜２３を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜２３と共に層間絶縁膜９をエッチングすることにより、第４レジスト膜２３の開口部側面のテーパ形状を層間絶縁膜９に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜１０Ａで埋め込む工程と、高屈折率材料膜１０Ａおよび層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜２４を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた第５レジスト膜２４と共に高屈折率材料膜１０Ａをエッチングすることにより、第５レジスト膜２４の開口部側面のテーパ形状を高屈折率材料膜１０Ａに転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、第５凹部内を層間絶縁膜９の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプ１０ｂを形成する埋め込み工程とを有する。
　上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法における層内レンズ形成工程は、ライトパイプ１０ｂおよび層間絶縁膜９のうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上（または平坦化膜を介したその上方）にＳｉＮ膜などの高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜と高屈折率材料膜とを同時にエッチングして、感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状（層内レンズ１５）に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
　または、この層内レンズ形成工程は、ライトパイプ１０ｂおよび層間絶縁膜９のうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上（または平坦化膜を介したその上方）にＳｉＮ膜などの高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、このパターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状のレジスト膜と高屈折率材料膜を同時にエッチングして、レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
　以上により、本実施形態３によれば、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂとの間に層内レンズ１５を更に設けたことによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が更に増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が更に無くなる。また、マイクロレンズ１４からの集光をより確実に層内レンズ１５、ライトパイプ１０ｂを介して受光部３の中央部に集光させることができる。
　また、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂにおいて、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０ｂが断面斜め方向に出射位置を変えて断面平行四辺形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０ｂの下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０ｂの上端面部が開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位
置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０ｂにより光を受光部３側に導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、複数のマイクロレンズ１４と、複数のマイクロレンズ１４のそれぞれに対応した各ライトパイプ１０ｂの上端面とが全て等間隔に形成されている。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂの上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
　なお、本実施形態３では、ライトパイプ１０ｂ上に直に層内レンズ１５を更に設けたが、これに限らず、ライトパイプ１０ｂの上方に更に平坦化膜を介して層内レンズ１５を設けてもよい。本実施形態３のライトパイプ形成工程は、上記実施形態１、２にも用いることもできる。さらに、層内レンズ１５は層間絶縁膜９およびライトパイプ１０ｂのうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上またはその上方に設けられていればよい。
　なお、上記実施形態１～３では、２画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ２画素共有の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂについて説明したが、これに限らず、３画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ３画素共有の固体撮像素子や、４画素単位（平面視田の字状）で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ４画素共有の固体撮像素子についても、上記実施形態１～３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂを適用することができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる本発明の目的を達成することができる。要するに、複数画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ複数画素共有の固体撮像素子についても、上記実施形態１～３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂを適用することができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる本発明の目的を達成することができる。
　なお、上記実施形態１～３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂをＣＣＤ固体撮像素子に適用する場合について説明したが、これに限らず、上記実施形態１～３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂをＣＭＯＳ固体撮像素子に適用することもできる。
　ＣＣＤ固体撮像素子１または１Ａまたは１０Ｂは、画素毎に光電変換部として受光部３が設けられ、受光部３に隣接して、受光部３からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部４および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極６およびその上に遮光膜７が配置され、受光部３と、受光部３の上方が開口部７ａで開口された遮光膜７との段差を埋め込むように層間絶縁膜９が形成されている。
　一方、ＣＭＯＳ固体撮像素子では、画素毎に光電変換部として受光部が設けられ、受光部に隣接して、受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、受光部毎に電荷転送トランジスタにより電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有しており、これらの電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと受光部上を覆うように層間絶縁膜９と同様の層間絶縁膜が形成されている。
　（実施形態４）
　図５は、本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１～３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
　図５において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１～３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂからの撮像信号を所定の信号処理を施してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
　この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
　したがって、本実施形態４によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
　以上のように、本発明の好ましい実施形態１～４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１～４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１～４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
　本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、受光部の位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、複数画素共有で周期的に寄った受光部の位置に応じてライトパイプが断面斜め方向に形成されて、受光部の中央部上方にライトパイプの下端部が開口位置し、マイクロレンズの中央部下方にライトパイプの上端部が開口位置しているため、複数画素共有で隣接した各受光部の位置が周期的に寄ることで、受光部とマイクロレンズとの平面視位置がずれていても、ライトパイプにより各受光部の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズとライトパイプの上端部とが等間隔に形成されていることから、複数画素共有で互いに寄って隣接した各受光部への入射光量を同じにすることができて各受光部で入射光量のばらつきを無くすことができる。

Claims (18)

  1. 　入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに該入射光を集光させる複数のマイクロレンズが該複数の受光部の上方に配設されている固体撮像素子において、
    　該マイクロレンズと該受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、該ライトパイプは、下端面が該受光部の上方位置で平面視で該受光部の中央部を含むように開口し、上端面が該マイクロレンズの下方位置で平面視で該マイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっている固体撮像素子。
  2. 　前記受光部の平面視位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、該複数画素単位で周期的に寄った受光部の位置に応じて前記ライトパイプの下端面の平面視位置が位置決めされている請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記複数のマイクロレンズと、該複数のマイクロレンズのそれぞれに対応した各ライトパイプの上端面とが全て等間隔に形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記ライトパイプの材質がＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜の高屈折率膜であり、前記層間絶縁膜がＳｉＯ２膜である請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記ライトパイプの縦断面形状が平行四辺形状または逆直角台形状である請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記ライトパイプの上端面および下端面の少なくともいずれかは平面視で円形、楕円形または、正方形または矩形を含む４角形である請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 　前記上下の各端面領域が平面視で互いに包含されているかまたは、平面視で互いに領域がずれている請求項１に記載の固体撮像素子。
  8. 　前記ライトパイプ上または上方に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズが設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
  9. 　画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上に遮光膜が配置され、該遮光膜は該受光部の上方が開口され、該受光部と該ゲート電極上の遮光膜との段差を埋め込むように前記層間絶縁膜が形成されたＣＣＤ固体撮像素子で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
  10. 　画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、該受光部毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有し、該電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと該受光部上に前記層間絶縁膜が形成されたＣＭＯＳ固体撮像素子で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
  11. 　請求項１～１０のいずれかに記載の固体撮像素子を製造する方法であって、
    　前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜に、該マイクロレンズの下方中央部に開口し、該受光部の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプを形成するライトパイプ形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。
  12. 　請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    　前記ライトパイプ上に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する固体撮像素子の製造方法。
  13. 　請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    　前記ライトパイプ形成工程は、
    　前記層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、該第２凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
  14. 　請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    　前記ライトパイプ形成工程は、
    　前記層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、該第３凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
  15. 　請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    　前記ライトパイプ形成工程は、
    　前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜と共に該層間絶縁膜をエッチングすることにより、第４レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該層間絶縁膜に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、該高屈折率材料膜および該層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた該第５レジスト膜と共に該高屈折率材料膜をエッチングすることにより、該第５レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該高屈折率材料膜に転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、該第５凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
  16. 　請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    　前記層内レンズ形成工程は、
    　前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、
    　該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、
    　該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率材料膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
  17. 　請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    　前記層内レンズ形成工程は、
    　前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、
    　該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、
    　パターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、
    　該レンズ形状のレジスト膜と該高屈折率材料膜を同時にエッチングして、該レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の該高屈折率材料膜を形成するレンズ形状形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
  18. 　請求項１～１０のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
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